авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Совершенствование механизма искусственного искривления скважин скользящими отклонителями непрерывного действия

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

МОЧУЛОВСКИЙ Аркадий Михайлович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ИСКУССТВЕННОГО ИСКРИВЛЕНИЯ СКВАЖИН СКОЛЬЗЯЩИМИ ОТКЛОНИТЕЛЯМИ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

Специальность 25.00.14 Технология и техника
геологоразведочных работ

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург

2007

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте методики и техники разведки месторождений полезных ископаемых (ВИТР) и в Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете).

Научный руководитель –

доктор технических наук, профессор

Ю.Т.Морозов

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Л.К.Горшков,

кандидат технических наук

В.К.Ивашев

Ведущее предприятие – ЗАО, горнопромышленное объединение, РОССТЕХГЕО.

Защита диссертации состоится 30 мая 2007 г. в 14ч 30мин на заседании диссертационного совета Д212.224.02 в Санкт-Петербургском горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21 –я линия, дом.2 ауд.1160.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан “ “ апреля 2007 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета

д.т.н., профессор Н.И.Николаев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Направленное бурение - один из важнейших способов повышения эффективности буровых работ при поиске и разведке месторождений полезных ископаемых, а отклонители непрерывного действия (ОНД) являются наиболее действенным инструментом для эффективного управления траекторией скважин. В современных условиях рыночной экономики на первое место выходит конкурентоспособность разрабатываемой техники. Практика показывает, что погрешность интенсивности искусственного искривления (ИИ) отклонителями непрерывного действия нередко достигает до40% относительно проектируемых параметров, что обусловлено отсутствием теоретически обоснованных методик прогнозирования циклов применения ОНД и стабильности технологий, обеспечивающих эффективное управление траекторией направленных скважин в процессе ИИ. Поэтому весьма актуальной задачей является повышение эффективности управления технологией применения и совершенствование механизма искусственного искривления отклонителями непрерывного действия.

Диссертационная работа начата в ВИТР(е) и продолжалась в 2005-07 годах в СПГГИ(ТУ). Производственные испытания ОНД проводились в геологоразведочных организациях б. Министерства геологии СССР и Роскомнедра.

Существенный вклад в создание и развитие ОНД внесли исследования отечественных ученых, таких как Ю.В.Андреев, В.П.Зиненко, А.Г.Калинин, А.Е.Колесников, Ю.С.Костин, В.В.Кривошеев, Е.А.Лиманов, Ю.Т.Морозов, Ю.Л.Михалкевич, И.П.Мельничук, В.В.Нескоромных, М.П.Олексенко, О.В.Ошкордин, В.В.Перминов, В.И.Рязанов, И.Н.Страбыкин, С.С.Сулакшин, Б.И.Спиридонов, В.В.Шитихин, И.М.Шерстюк, А.С.Юшков, И.М.Юдборовский и др.

Цель работы: повышение эффективности направленного бурения геологоразведочных скважин за счет оперативного управления траекториями стволов скважин регулируемыми скользящими отклонителями.

Идея работы: соотношение работы фрезерования боковой стенки скважины и механической скорости бурения обеспечивает заданную точность искусственного искривления скользящими отклонителями непрерывного действия.

Основные задачи исследования:

  • анализ современного состояния теоретического, технического и технологического уровней искусственного искривления бесклиновыми снарядами непрерывного действия;
  • обоснование необходимого оперативного управления траекторией скважин при их искусственном искривлении ОНД;
  • разработка математических моделей работы ОНД с учетом их конструктивно-технологических параметров;
  • разработка и монтаж экспериментального стенда;
  • проведение экспериментальных исследований по влиянию технических параметров ОНД на реализацию эффективной технологии ИИ;
  • разработка рекомендаций по созданию отклонителей нового поколения.

Методика исследований. Для решения поставленных задач применялись теоретические и экспериментальные методы исследования, а также производственные испытания отклонителей ОБС-46(59,76) что позволило разработать новую модель процесса ИИ на основе применения математического анализа и программирования. Экспериментальные исследования выполнялись на специальном стенде (модели скважины) с применением современной контрольно-измерительной аппаратуры. Опытные данные обрабатывались методами математической статистики с применением ПЭВМ и разработанных программ.

Научная новизна заключается в совершенствовании механизма искусственного искривления скважин на основе отношения степени разрушения долотом стенки скважины и её забоя, возникающего при работе скользящего отклонителя с регулируемым узлом отклонения и обеспечивающего необходимую интенсивность искусственного искривления.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается достаточным объемом теоретических и опытно - производственных исследований и удовлетворительной сходимостью опытных данных с расчетными, а также положительными результатами испытаний и внедрения отклонителей ОБС в организациях геологоразведочной отрасли.

Основные защищаемые положения:

  • механизм искусственного искривления скважин отклонителями непрерывного действия определяется соотношением работы разрушения стенки скважины активным боковым сектором долота и механической скоростью бурения в интервале искривления, а стабильность этих параметров позволяет повысить точность выполнения цикла технологического задания;
  • значения рациональных технологических параметров процесса искусственного искривления определяются из соотношения величин осевого усилия и усилия отклонения на породоразрушающем инструменте, обеспечивающего требуемую интенсивность при применении отклонителей непрерывного действия.

Личный вклад автора заключается:

  • в постановке идеи и задач исследований и методов их реализации;
  • в разработке методики определения количественных значений технологических параметров циклов искусственного искривления с целью эффективного использования ОБС;
  • в проведении исследований влияния естественного искривления на постановки ОБС;
  • в производственных испытаниях и внедрении разработанных технологий применения отклонителей типа ОБС.

Реализация результатов работы осуществлялась при испытаниях отклонителей типа ОБС на объектах ПГО «Севзапгеология», «Севвостзолото», «Ташкентгеология», «Центрказгеология», Кайраккумская экспедиция (Таджикистан).

Практическая значимость работы состоит в разработке инженерной методики проектирования параметров цикла ИИ направленных скважин в конкретных горно-геологических условиях, а также обосновании и экспериментальном подтверждении оптимальных величин раскрепляющего и отклоняющего усилий на ОНД, что обеспечивает стабильность набора кривизны при производственных работах с применением отклонителей типа ОБС.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались на IV научной конференции молодых ученых и специалистов Северо-Запада «Научные и практические проблемы геологоразведки» (1990, ВИТР), II Международном симпозиуме по бурению разведочных скважин в осложненных условиях (1992, СПбГГИ); на IV и V Международных симпозиумах по бурению скважин в осложненных условиях (1998 и 2001, СПбГГИ); на технических совещаниях Жайремской ГРЭ «Центрказгеология» (1988), в Северной ГРЭ «Севзапгеология» (1989–1990), Восточно-Чукотской экспедиции ГГП «Севвостгеология» (1998).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе патент РФ за № 2109125 на изобретение «Стенд для моделирования работы бурового става в наклонной скважине».

Объём и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы, включающего 80 наим. Диссертация изложена на 126 стр. машинописного текста, включает 29 рис., 12 табл., 7 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приводится общая характеристика работы, обосновывается ее актуальность, определяются идея работы, цели, задачи, излагаются защищаемые научные положения, научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе приведен анализ основных конструкций ОНД, современного состояния теории и практики их применения при ИИ геологоразведочных скважин.

Во второй главе изложена методика исследований, включающая теоретические, экспериментальные и производственные исследования, планирование экспериментов, статистическую обработку экспериментальных данных.

Третья глава посвящена разработке математической модели искусственного искривления скважины с заданной интенсивностью, получено уравнение для искривления оси интервала ИИ в скважинах, проведены результаты теоретических исследований влияния углов встречи на формирование траекторий направленных скважин.

В четвертой главе дана оценка силовых характеристик основных функциональных узлов ОНД типа ОБС, связывающих функционально внешний параметр - осевое усилие (Рос) с основными параметрами работы отклонителей: с усилием раскрепления (Rрас); усилием отклонения (Ротк), внешним моментом трения в кинематической паре «корпус ОНД—горная порода».

В пятой главе приведены результаты экспериментальных исследований отклонителя ОБС на разработанном стенде СПО-59/76, а также производственных испытаний и показаны технико-экономические преимущества отклонителей данного типа; даны рекомендации по совершенствованию их конструкций.

В заключении приведены основные выводы и рекомендации по использованию результатов исследований.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Механизм искусственного искривления скважин скользящим отклонителем непрерывного действия определяется соотношением работы разрушения стенки скважины активным боковым сектором долота и механической скоростью бурения в интервале искусственного искривления, а стабильность этих параметров позволяет повысить точность выполнения цикла технологического задания.

Процесс искусственного искривления – это процесс формирования траектории направленной скважины с заданной кривизной в заданном направлении. Конструкции современных отклонителей позволяют создавать для породоразрушающего инструмента (ПРИ) на забое двунаправленное силовое воздействие на горную породу (Рос, Роткл). Одновременно с этим на инструмент действует осевой момент вращения ПРИ вокруг своей оси с некоторой частотой (n). Совокупность действия Рос и n приводит к разрушению горной породы под торцом ПРИ с механической скоростью в направлении действия Рос, совокупность действия Роткл и n при перекосе отклоняющего узла ОНД приводит к разрушению горной породы под активным (контактирующим со стенками скважины) сектором долота и, как следствие, к смещению ПРИ и оси скважины в заданном направлении с боковой фрезерной скоростью . Указанный механизм схематически приведен на рис.1.Известен способ задания кривизны кривой с помощью выражения: .

Очевидно, что ,

а также ,

тогда

,

где – скорость фрезерования активным сектором боковой поверхности долота стенки скважины, м/с.

Если представить, что ,

где K1 – коэффициент бокового фрезерования, то с учетом величины бокового смещения центра () долота при ИИ получаем:,(1)

Размерности скорости, силы, ускорения и кривизны, входящие в выражение (1) определяются соответственно:Откуда, .

Использование экспериментальных значений vм и , полученных при проведении полевых испытаниях ОБС-59 в породах VI–X категорий по буримости (от особо трещиноватых до монолитных), позволило определить интервал варьирования ускорения фрезерования (рис. 2).

Рис.2 График зависимости f() при кривизне к =const: k1=8,73, м; k2=3,05, м; k3=5,24

Таким образом, была получена аналитическая зависимость (1), которая, раскрывает физику процесса ИИ и определяет технологические параметры. При этом, так как vм стоит в выражении (1) во второй степени, то и погрешность, вносимая данным параметром в процесс ИИ, будет в два раза больше погрешностей от других членов. С другой стороны, vм - параметр, имеющий высокий уровень детерминированности в процессе ИИ, поэтому основной акцент исследований был сделан на анализе величины работы Аб.

Числитель уравнения (1) представляет работу Аб, которую производит активный сектор боковой поверхности долота в процессе ИИ:

,(2)

где – размерный коэффициент. Если все переменные, входящие в (2), взяты в системе СИ, то = 0,01666.

В результате обработки экспериментальных значений, полученных в процессе стендовых испытаний двух типов долот (АДН-59-алмазное долото; 59К-ЦА-двухшарошечное), были определены . Результаты представлены на графиках (рис. 3,4).

А) Б)

Рис. 3 График зависимости A=f(W,n) для алмазного (А) и шарошечного (Б) долота при n, =const: n=100мин;n=175мин;n=250мин;n=325мин; n=400мин.

А) Б)

Рис. 4 График зависимости А=f(L,Р) для шарошечного (А) и алмазного (Б) долот при Р,=const: Р=750Н; Р=1000Н; Р=1250Н.

Где: где , Вт; , где , м, где L и W – сокращающие постоянные коэффициенты

Было установлено, что с увеличением значения фиксированной частоты n энергия на разрушение горных пород уменьшается (см. рис.3), в то время как для процессов, в которых Р=const, с увеличением Р энергия на разрушения увеличивается (см. рис.4). С другой стороны, крутизна характеристик Апри фиксированных значениях n выше, чем при Р=const. Следовательно, при регулировании интенсивности ИИ ОНД параметр Р предпочтителен для задач плавного набора кривизны. В случае необходимости получения более высоких значений интенсивностей искривления в интервале отклонения предпочтительным будет параметр n как для алмазных, так и для шарошечных долот.

Таким образом, если выражение (1) привести к виду

,(3)



Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.